## I NFORMATICS AND D IGITAL E XPERT (INDEX) - V OL . 3 N O . 1 (2021) 01-05
Terbit online pada laman web jurnal : http://index.unper.ac.id | ISSN (Print) 2775-2208    |    ISSN (Online) 2715-0453  |

## Sistem Pemantauan Derajat Keasaman Limbah Air  Pada Areal Tambang Berbasis Nirkabel Menggunakan Protokol Lora (Studi Kasus : PT. Wanatiara Persada )
Febrian Nanda P 1 , Tjahjanto 2
1 Universitas Budi Luhur, Jl. Ciledug Raya, Petukangan Utara, Jakarta Selatan, 12260, DKI Jakarta, Indonesia e-mail: 1811601283@student.budiluhur.ac.id *1 , cahyanto@budiluhur.ac.id 2

## I NFORMASI A RTIKEL A B S T R A K
Sejarah Artikel : Diterima Redaksi : 25 Maret 2021 Revisi Akhir : 20 Agustus 2021 Diterbitkan Online : 22 Agustus 2021
PT.  Wanatiara  Persada  adalah  perusahaan  yang  bergerak  di  bidang  pertambangan  nikel yang  berlokasi  di  Propinsi  Maluku  Utara.  Dalam  kegiatan  pertambangan  tersebut  tentu akan  berdampak  terhadap  lingkungan,  terutama  terhadap  kualitas  air  baik  air  sungai, maupun  air  laut.  Dalam  pembuangan  limbah  air  ke  laut  perlu  di  lakukan  uji  derajat keasaman  yang  sesuai  standar  yang  ditentukan  oleh  Menteri  Lingkungan  Hidup,  yang mana  standar  tersebut  tertuang  pada  Peraturan  Menteri  Lingkungan  Hidup  No.9  Tahun 2006  tentang  baku  mutu  air  limbah  bagi  usaha  dan/  atau  kegiatan  pertambangan  bijih nikel  ,  sedangkan  untuk  melakukan  pengukuran  saat  ini  ketersediaan  peralatan  sangat terbatas serta lokasi kantor / living area jauh dengan kolam pengendap sehingga terimbas pada pelaporan baku mutu air, yang mana pelaporan tersebut harus di lakukan setiap hari sebelum  di  lakukan  pembuangan  ke  air  laut.  Solusi  dari  permasalahan  tersebut  adalah dibuatkan  alat  untuk  memantau  derajat  keasaman  limbah  air  pada  kompartemen  kolam pengendap  (sediment  pond)  secara  realtime  dengan  memanfaatkan  Arduino  dengan sensor pH yang membaca derajat keasaman yang mana data sensor tersebut dikirimkan melalui  nirkabel  menggunakan  LoRa  pada  Arduno  penerima,  sehingga  dapat mempermudah dalam melakukan monitoring dari masalah jarak living area dengan area pengendap  lumpur  (Sedimend  Pond).  Metode  penelitian  yang  di  gunakan  dalam penelitian    ini  adalah  penelitian  kuantitatif  dengan  metode  eksperimental.  Dipilihnya metode  penelitian  ini  adalah  karena  metode  ini  cocok  dengan  penelitian  yang  diangkat yaitu  pengembangan  sebuah  prototype  dan  melakukan  penelitian  berupa  ekseperimen terhadap objek  penelitian (Limbah Air).
Kata Kunci : pH Monitoring, Arduino, Raspberry, IoT, LoRa, Monitoring Limbah Air, Limbah Air
Korespondensi :
Telepon / Hp : +62 8 1289552015 E-mail : 1811601283@budiluhur.ac.id

## 1. PENDAHULUAN
PT.  Wanatiara  Persada,  adalah  salah  satu perusahaan  Penanaman  Modal  Asing  (PMA)  yang bergerak di bidang pertambangan serta pengolahan dan pemurnian  bijih  nikel.  Kegiatan  pertambangan  PT. Wanatiara  Persada  berada  di  dalam  kawasan  hutan produksi  dan  menggunakan  sistem  tambang  terbuka (open pit). Dalam kegiatan pertambangan tersebut tentu akan berdampak terhadap lingkungan. Saat ini terdapat beberapa  kompartemen  kolam  pengendap  (sediment pond)  untuk  mengendapkan  lumpur  yang  tererosi bersama  air  hujan  (limbah  air)  yang  akan  dibuang  ke laur.
Dalam  pembuangan  limbah  air  ke  laut  perlu  di lakukan  uji  serajat  keasaman  yang  sesuai  standar  yang ditentukan oleh Menteri Lingkungan Hidup, sedangkan untuk  melakukan  pengukuran  ketersediaan  peralatan sangat  terbatas  serta  lokasi  kantor  /  living  area  kurang lebih  2-3  km  dengan  kolam  pengendap  sehingga terimbas  pada  kurangnya  pemantauan  baku  mutu  air sedangkan  menurut  aturan  Permen  LH  No.  9  Tahun 2006  Pasal  10  Point  (a),  perlu  dilakukan  swapantau harian.  Jadi  permasalahannya  adalah  pemantauan derajat  keasaman  limbah  air  pada  kolam  pengendap tidak  dapat  di  lakukan  setiap  hari  sebelum  di  lakukan pembuangan ke air laut. Dalam penulisan penelitian ini,
penulis  akan  menyajikan  inovasi  sebuah  sistem  yang dapat  memantau  derajat  keasaman  limbah  air  pada kompartemen  kolam  pengendap  (sediment  pond) dengan  sitem  pemantauan  derajat  keasaman  berbasis nirkabel dengan protokol LoRa. Manfaat dari penelitian ini diharapkan dapat menjawab permasalah jarak antara kantor  /  living  area  dengan  area  pengendap  lumpur (Sedimend Pond) dalam pemantauan derajat keasaman.
Pada penelitian sebelumnya yang di lakukan oleh [1]  yang  berjudul  “Wastewater  monitoring  system  in industrial workshop based on wireless sensor network” bahwa  dalam  keberhasilan  pengukuran  derajat keasaman  adalah  di  lakukan  kalibrasi  sensor, memperhatikan  perubahan  suhu  sekitar,  voltase  yang dialirkan pada sensor harus setabil, memastikan bahwa desain  sirkuit  harus  diperhatikan  sehingga  tidak terdapat gangguan pengiriman data.
Metode  penelitian  yang  di  gunakan  dalam penelitian    ini  adalah  penelitian  kuantitatif  dengan metode  eksperimental  dan  metode  QoS  dalam  analisis performa LoRa. Dipilihnya metode penelitian ini adalah karena  metode  ini  cocok  dengan  penelitian  yang diangkat  yaitu  pengembangan  sebuah  prototype  dan melakukan  penelitian  berupa  ekseperimen  terhadap objek  penelitian (Air Limbah ) [2], [3].
2 Informatics And Digital Expert (INDEX) , Vol. 3, No. 1, Mei 2021, hlm. 1-5

## 2. Dasar Teori

## 2.1 Sensor
Sensor  adalah  alat  untuk  mendeteksi  atau mengukur  sesuatu,  yang  di  gunakan  untuk  mengubah variasi  mekanis,  magnetis,  panas,  sinar  dan  kimia menjadi  tegangan  dan  arus  listrik  [4] . Sensor  kimia adalah  penganalisis  yang  merespons  analit  tertentu dengan  cara  yang  selektif  dan  dapat  dibalik  dan mengubah  kuantitas  kimia  masukan,  mulai  dari konsentrasi  komponen  sampel  tertentu  hingga  analisis komposisi total, menjadi sinyal analitik listrik [5] .

## Gambar 1. Bagan Sensor
Subjek  sensor  kimia  merupakan  disiplin  ilmu  yang dibentuk  oleh  studi  multidisiplin  antara  lain  kimia, biologi, kelistrikan, optik, mekanika, akustik, termologi, teknologi  semikonduktor,  teknologi  mikroelektronika, dan teknologi membran.

## 2.2 Power of Hydrogen (pH)
pH  adalah  suatu  satuan  ukur  yang  menguraikan derajat  tingkat  kadar  keasaman  atau  kadar  alkali  dari suatu  larutan.  Unit  pH  diukur  pada  skali  0  sampai  14 [6].    Istilah  pH  berasal  dari  “P”  lambang  matematika dari  negative  logaritma,  dan  “H”  lambing  kimia  untuk unsur  hydrogen.  Definisi  yang  formal  tentang  pH adalah negative logaritma dari aktivitas ion Hidrogen.

## 2.3 Arduino Uno
Arduino  adalah  kit  elektronik  atau  papan rangkaian  elektronik  open  source  yang  di  dalamnya terdapat  komponen  utama  yaitu  sebuah  chip mikrokontroler  dengan  jenis  AVR  dari  perusahaan Atmel  [7]. Mikrokontroler  itu  sendiri  adalah  chip atau  IC  (integrated  circuit)  yang  bisa  diprogram menggunakan  komputer.  Tujuan  menanamkan program  pada  mikrokontroler  adalah  agar  rangkaian elektronik  dapat  membaca  input,  memproses  input
tersebut  dan  kemudian  menghasilkan  output  sesuai yang diinginkan.

## 2.4 LoRa
LoRa Spread  Spectrum adalah  modulasi  yang dipatenkan  yang  dikembangkan  oleh  Semtech  (https //ww.sentech.com/) berdasarkan modulasi Chirp Spread Spectrum (CSS). LoRa (kependekan dari "long range") yang  mana  menggunakan  konsumsi  daya  jangka panjang  dan  rendah,  data  rate  rendah,  dan  data  yang aman [8]. LoRa memungkinkan komunikasi jarak jauh antara  dua  perangkat  yang  memiliki  keterbatasan sumber  daya.  Untuk  penggunaan  LoRa  di  Indonesia, penggunaan  LoRa  saat  ini  masih  dalam  kajian  dan memungkinkan  di  gunakan  pada  frekuensi  tidak berlisensi  yaitu  pada  923  Mhz  sampai  925  Mhz. Frekuensi  tersebut  dipilih  agar  tidak  mengganggu operasional dari jaringan seluler [9].

## 3. ANALISIS DAN PENGUJIAN PENELITIAN
Pengujian instrument pemantauan derajat keasaman limbah air ini dilakukan dengan metode riset eksperimental  dengan  metode  analisis  Quality  Of Service,  peneliti  meletakkan  arduino  pengirim  yang terpasang sensor dan modul lora. Arduino pengirim ini akan  mengirimkan  data  derajat  keasaman  yang dikirimkan  melalui  wireless,  data  sensor  tersebut  akan diterima  oleh  arduino  penerima  yang  juga  terpasang modul lora.

## 3.1 Analisis QoS Terhadap Performa LoRa
Pada penelitian ini peneliti menganalisis spreading factor  (sf)  dan  perubahan  jarak  dengan  menggunakan metode  QoS  dengan  modul  lora  yang  memiliki frekuensi  433  Mhz.  Dengan  jarak  yang  sudah ditentukan  yaitu  10,  50,  100  Meter  dalam  kondisi  non line  of  sight  (NLOS)  dan  nilai  SF  di  tetapkan  pada angka  7-12.  Parameter  QoS  yang  diukur  termasuk packet loss, time on air, dan throughput. Dengan adanya analisis  ini  diharapkan  dapat  merekomendasikan  nilai spreading  factor  (sf)  yang  tepat  agar  transmisi  LoRa berjalan  dengan  lancar  dalam  pengiriman  atau penerimaan  data  sensor  berdasarkan  QoS  dalam  jarak tertentu.  Parameter  QoS  yang  diuji  pada  penelitian  ini adalah packet loss, time on air, dan throughtput.
Menurut  [10]  packet  loss  diukur  dengan membandingkan  paket  yang  dikirim  oleh  klien  dan paket  yang  diterima  oleh  gateway  pada  proses  data polling. Throughput diukur dengan membandingkan bit yang  diterima  dengan  waktu  yang  telah  berlalu.  Time on  Air  diukur  dengan  menghitung  waktu  yang dibutuhkan  untuk  mengirimkan  1  paket  dari  client  ke gateway.  Persamaan  yang  digunakan  untuk  efektivitas packet  loss,  throughput,  dan  data  transfer  dapat  dilihat pada persamaan (1), (2), dan (3).
Packet Loss = (Packet Sent – Packet Received)*100% (2) Time On Air = Receive Time – Send Time (3)
Mengacu  pada  kondisi  area  penelitian  pada  areal tambang  maka,  implementasi  lora  pada  kondisi  diluar ruangan  yang  terdapat  pohon  atau  bangunan.  Menurut (Jansen  C.  Liando,  2019)  pengujian  kondisi  NLOS cocok  untuk  kondisi  lingkungan  outdoor.  Kondisi  N- Los  merupakan  kondisi  dimana  antara  pemancar  dan penerima terdapat halangan seperti pohon, pilar, rumah, bangunan.  Dari  hal  tersebut  maka  peneliti  membuat pengujian  Nlos  dengan  jarak  10,  50,  dan  100  meter. Dalam  melakukan  pengujian  peneliti  melakukan penggantian Spreading  factor (sf)  dari  7  sampai  12, hasil dari pengujian tersebut untuk mengetahui packet loss, time on air, dan throughtput .

## 3.2 Percobaan Pengiriman Data Sensor
Berikutnya adalah melakukan
pengujian penerimaan  data  sensor,  peneliti  menyiapkan  beberapa simulasi  uji  jarak  yang  telah  ditentukan  oleh  peneliti yang telah dikonsultasikan dengan tenaga ahli dibidang ilmu  tanah  yaitu  bapak  Tjakra  Nusantara.  Dalam melakukan  pengujian  peneliti  menyiapkan  dua  lokasi yaitu  tanah  lapang  dan  area  perumahan  dengan  waktu uji tiap titik adalah 5 menit dengan nilai sf 7

## 4. HASIL PENGUJIAN DAN ANALISIS
Dari  hasil  pengujian  Nlos  didapatkan  hasil thoughput yang dapat dilihat pada tabel dibawah ini:
Tabel 1. Hasil Throughput Pengujian Nlos Distance Sf Packet Received Elapse Time (S) Throughput (Bit/S) 10 SF7 30 0.369 81.32 SF8 30 0.331 90.71 SF9 30 0.384 78.14 SF1 0 30 0.477 62.86
SF1 1 30 0.676 44.39
SF1 2 30 1.089 27.56 50 SF7 17 0.027 636.13 SF8 30 0.048 622.41 SF9 30 0.095 317.24 SF1 0 30 0.187 160.60 SF1 1 30 0.396 75.82 SF1 2 30 0.812 36.94 100 SF7 29 0.027 1063.21 SF8 30 0.019 1607.14 SF9 30 0.034 870.41 SF1 0 30 0.124 241.09
SF1 1 30 0.328 91.57 SF1 2 30 0.400 75.02
Dari  hasil  pengujian  Nlos  dalam  jarak  10,  50  dan  100 meter dapat dilihat bahwa semakin besar nilai sf maka throughtput  bit  per  detik  akan  turun,  hasil  throughtput juga dapat dilihat pada grafik dibawah ini :

## Gambar 2 Hasil Throughput
Tahap  berikutnya  adalah  hasil  pengujian  Nlos  dengan parameter packet  loss ,  Pengukuran packet  loss untuk mengetahui prosentase kehilangan paket yang diterima. Hasil uji dapat dilihat pada tabel dibawah ini:
Tabel 2. Hasil Packet Loss Pengujian Nlos Distance Sf Packet Sent Packet Received Packet Loss 10 SF7 30 30 0% SF8 30 30 0% SF9 30 30 0% SF1 0 30 30 0% SF1 1 30 30 0%
SF1 2 30 30 0% 50 SF7 30 17 13% SF8 30 30 0% SF9 30 30 0% SF1 0 30 30 0%
SF1 1 30 30 0%
SF1 2 30 30 0% 100 SF7 30 29 1% SF8 30 30 0% SF9 30 30 0% SF1 0 30 30 0% SF1 1 30 30 0% SF1
2 30 30 0%
0,00 200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 1200,00 1400,00 1600,00 1800,00 SF SF7 SF8 SF9 SF10 SF11 Throughput (bit/s) 10 Meter 50 Meter 100 Meter
4 Informatics And Digital Expert (INDEX) , Vol. 3, No. 1, Mei 2021, hlm. 1-5
Hasil  pengujian  berikutnya  adalah Time  on  Air, Time  on  Air (ToA) adalah  berapa  waktu  yang dibutuhkan  lora  untuk  menerima  paket,  berikut  adalah tabel hasil dari ToA.
Tabel 3. Hasil Time on Air Pengujian Nlos Distance Sf Time On Air (S) 10 SF7 0.369 SF8 0.331 SF9 0.384 SF10 0.477 SF11 0.676 SF12 1.089 50 SF7 0.027 SF8 0.048 SF9 0.095 SF10 0.187 SF11 0.396 SF12 0.812 100 SF7 0.027 SF8 0.019 SF9 0.034 SF10 0.124 SF11 0.328 SF12 0.400
Dari  hasil  tabel  diatas  diketahui  bahwa  semakin  besar nilai  sf  maka  waktu  yang  dibutuhkan  untuk mengirimkan  paket  semakin  besar  pula  waktu  yang akan  ditempuh.  Hasil  ToA  dapat  digambarkan  pada grafik dibawah ini:
Gambar 3. Grafik Hasil Time on Air (ToA) Pengujian Nlos
Berikutnya  adalah  hasil  pengujian  penerimaan  data sensor,  perangkat  arduino  pengirim  deletakkan  pada lokasi  yang  ditentukan  sedangkan  perangkat  penerima juga  diletakkan  pada  lokasi  yang  telah  ditentukan jaraknya. setelah dilakukan pengujian pada lokasi yang
telah  ditentukan  didapatkan  hasil  yang  dapat  dilihat pada tabel dibawah ini
Tabel 4. Hasil Pengujian Penerimaan Data Sensor
Lokasi JARA K (m) ELEVASI (m) TX RX RSSI (dB m) Init (s) Status P. Kota Sutera 405 9 ✓ ✓ -108 37.3 Sukses P. Kota Sutera 269.3 10 ✓ ✓ -101 24.7 Sukses P. Kota Sutera 534.2 10 ✓ ✓ -106 47.4 Sukses P. Kota Sutera 668.7 10 ✓ ✓ -107 63.3 Sukses P. Kota Sutera 763.1 10 ✓ x -109 0 Gagal T. Sindangsari 838 10 ✓ x 0 0 Gagal

## 5. KESIMPULAN
Dari pengujian kondisi Nlos pada jarak 10,50 dan 100 meter dengan SF 7 sampai 12 adalah pertama bila jarak  semakin  menjauh  maka  terdapat  kemungkinan packet akan hilang hal tersebut dapat dilakukan dengan melakukan  penggantian  nilai  sf  ke  nilai  lebih  besar, akan  tetapi  dari  pengujian time  on  air (ToA)  semakin besar  nilai  sf  maka  nilai  waktu  terima  akan  besar  pula begitu  juga  dengan  hasil throughput apabila  nilai  sf sebakin  besar  maka  nilai  bit  per  detik  akan  menurun. Sehingga  peneliti  menyarankan  agar  menyesuaikan tempat  yang  akan  di  implementasikan,  apabila  jarak lebih  dari  100  meter  maka  menurut  peneliti  adalah melakukan  penggantian  nilai  sf  semakin  besar, walaupun waktu tempuh packet lebih lama  akan tetapi packet  tetap  akan  diterima  dengan  baik  dan  apabila akan di implementasikan pada jarak pendek maka dapat dilakukan penggantian nilai sf yang lebih kecil.
Dari hasil penerimaan data sensor yang dilakukan oleh peneliti yang juga mengacu pada hasil uji performa LoRa  dengan  melakukan  penggantian  nilai  sf  maka dapat  disimpulkan  bahwa  dalam  keberhasilan  dalam mendapatkan hasil pemantuan derajat keasaman limbah air  yang  menggunakan  protokol  lora  adalah  perlunya pertimbangan  dalam  menentukan  nilai  sf  berdasakan jarak  yang  akan  di  implementasikan,  kondisi  jarak sangat  mempengaruhi  dalam  proses  pengiriman  dan penerimaan  data  sensor  selain  itu  juga  pohon  atau benda padat juga berpengaruh dalam proses pengiriman dan  penerimaan  packet,  apabila  terdapat  benda-benda padat  dapat  mempengaruhi  transmisi  data,  sehingga packet  yang  diterima  dapat  kurang  setabil  sehingga perlu  dilakukan  peningkatan  kualitas  antena  lora  dari
Febrian Nanda P, Tjahjanto, Sistem Pemantauan Derajat Keasaman Limbah Air  Menggunakan Protokol Lora 5
sisi  arduino  pengirim  maupun  arduino  penerima  dan ada juga faktor lain yang berpengaruh seperti tingginya antenna pada LoRa.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] M. Zhang and S. She, “Wastewater monitoring system in industrial workshop based on wireless sensor  network,” Int.  J.  Online  Eng. ,  vol.  13, no. 3, pp. 63–74, 2017.
[2] R.  M.  Jaya  and  D.  Hirawan,  “Prototype Monitoring  Pengolahan  Air  Limbah  Industri Farmasi  Berbasis  Internet  of  Things  (  Studi Kasus : Pt . Otto Pharmaceutical Industries ).”
[3] D.  A.  A.  Novitasari,  D.  Triyanto,  and  I.
Nirmala,  “Rancang  Bangun  Sistem  Monitoring pada Limbah Cair Industri Berbasis
Mikrokontroler  dengan  Antarmuka  Website,”
Coding J. Komput. dan Apl. Untan , vol. 06, no.
03, pp. 43–53, 2018.
[4] F.  D.  Petruzella, Elektronik  Industri .  Jakarta: Andi, 2011.
[5] W.  Wen,  “Introductory  Chapter:  What  is Chemical  Sensor,” Open  access  peer-reviewed chapter , 2020. .
[6] I. Sembiring, Timbangen; Dayana, Alat Penguji Material . Jakarta: GUEPEDIA, 2019.
[7] E. Ilham, “Pengertian dan Kelebihan Arduino,” IT-Jurnal , 2020. .
[8] P.  Seneviratne, Beginning  LoRa  Radio Networks  With  Arduino:  Build  Long  Range, Low  Power  Wireless  IoT  Networks .  Sri  Lanka:
Apress, 2019.
[9] E. S. Pramukantoro, Internet of Things dengan Python,  ESP32,  dan  Raspberry  PI:  Teori  dan Praktik .  Malang:  Universitas  Brawijaya  Press,
2019.
[10] E.  D.  Widianto,  M.  S.  M.  Pakpahan,  A.  A. Faizal,  and  R.  Septiana,  “LoRa  QoS Performance  Analysis  on  Various  Spreading Factor  in  Indonesia,” ISESD  2018  -  Int.  Symp.
Electron.  Smart  Devices  Smart  Devices  Big Data Anal. Mach. Learn. , 2019.